Ethylen ist mit fast 100 Millionen Tonnen pro Jahr die erste organische Verbindung, die weltweit produziert wird
VALENCIA, 3. April. (EUROPA PRESS) –
Das Institut für Chemische Technologie – Kompetenzzentrum Severo Ochoa des Höheren Rates für wissenschaftliche Forschung (CSIC) und der Polytechnischen Universität Valencia (UPV) – hat einen neuen Katalysator zur Reinigung von Ethylen patentiert, der eine bessere Kontrolle des Temperaturbereichs der Reaktion ermöglicht und stoppt jegliche Sekundärreaktion, wodurch der industrielle Prozess sicherer und effizienter durchgeführt werden kann. Die Arbeit wurde in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Catalysis“ veröffentlicht.
Gereinigtes Ethylen ist für die Herstellung der nächsten Verbindungen in der chemischen Wertschöpfungskette unerlässlich, beispielsweise Polyethylen, der weltweit am zweithäufigsten produzierte Kunststoff. Diese Reinigung erfordert einen Katalysator, eine Substanz, die den Prozess begünstigt, da Rohethylen 1 % Acetylen enthält, das eine Polymerisation unmöglich macht und daher zu Ethylen hydriert werden muss.
„Derzeit besteht der Katalysator zur Reinigung von Ethylen aus einer komplizierten Mischung von Edelmetallen wie Palladium, was zu einem schlecht definierten Material führt“, erklärt Antonio Leyva Pérez, leitender Wissenschaftler am CSIC am ITQ, der die Studie leitet. .
Aus diesem Grund muss die Reaktion innerhalb eines sehr strengen Temperaturbereichs gehalten werden, um einen unerwarteten Temperaturanstieg zu vermeiden, „da das Auftreten unerwünschter Nebenreaktionen die Temperatur unkontrolliert erhöhen würde, den Prozess ruinieren und Sicherheitsprobleme in Industriereaktoren verursachen würde.“ betont der Forscher.
Die Reinigung von Ethylen ist weltweit die zweitgrößte Reaktion in der organischen Chemie. Beutel aller Art, Behälter oder Rohre bestehen aus Polyethylen, das etwa 15 % der im Jahr 2021 produzierten knapp 400 Millionen Tonnen Kunststoffe ausmacht.
Daher haben sie in diesem Projekt einen genau definierten Palladiumkatalysator entwickelt, der in ein festes metallorganisches Netzwerk (MOF, für Metal-Organic Frameworks) eingefügt ist, „das eine viel bessere Kontrolle des Temperaturbereichs der Reaktion ermöglicht und jede Sekundärreaktion stoppt.“ Reaktion, die es ermöglicht, die Reaktion unter industriellen Bedingungen auf sicherere und effizientere Weise durchzuführen und die Sicherheits- und Kostenprobleme zu vermeiden, die mit dem aktuellen industriellen Prozess verbunden sind“, fasst Leyva zusammen.
Wie vom CSIC-Forscher beschrieben, führt der neue Katalysator den gesamten Reinigungsprozess an einem einzelnen Palladiumatom durch, das mit einem weiteren einzelnen Goldatom verbunden ist, wodurch die Aktivität des Palladiums verändert wird, um es effizienter und selektiver zu machen und somit in der Lage zu sein, in a zu arbeiten Bereichstemperaturen von fast 100 Grad Celsius, verglichen mit 50 Grad bei aktuellen Katalysatoren. Darüber hinaus werden aufgrund der geringen Porengröße des MOF unerwünschte Acetylenpolymerisationsprozesse kontrolliert.
Seiner Meinung nach könnte „der neue Katalysator in Industrieanlagen zur Reinigung von Ethylen eingesetzt werden, sobald der Maßstab für die Synthese des Materials entwickelt ist.“ Wenn dieses Material im Kilogrammmaßstab zu teuer ist (Palladium ist teurer als Gold), „gibt es Alternativen, das aktive Zentrum des neuen katalytischen Materials in anderen günstigeren Materialien herzustellen.“
Das Institut für Molekularwissenschaften (ICMOL) der Universität Valencia, die Universität Cádiz, das Cells-Alba-Synchrotron und die Universität Kalabrien (Italien) sind an der Arbeit beteiligt, die heute in der renommierten Fachzeitschrift Nature Catalysis veröffentlicht wurde.
Der neue Katalysator wurde von seinen Erfindern durch ein Patent patentiert, das die Synthese des neuen MOF-Materials und seine hervorragende katalytische Aktivität bei der Hydrierungsreaktion von Acetylen in Ethylenströmen beschreibt. Das Miteigentum an diesem Patent liegt sowohl beim CSIC als auch beim UPV und beim UV, ein Beispiel für die Zusammenarbeit verschiedener Forschungseinrichtungen.
